研究者らが脳-コンピュータ・インターフェース技術において画期的な進展を達成

BrainGateの研究者らは、四肢麻痺の臨床試験参加者が、外部無線送信機を備えた皮質内無線脳-コンピュータ・インターフェース（BCI）を使用した実証を行った後、BCI分野において大きな画期的進展を達成しました。このようなシステムが使用されたのは初めてであり、単一ニューロン解像度で脳信号を伝送することが可能です。 この研究は先月、IEEE Transactions on Biomedical Engineeringに掲載されました。 このシステムは、完全なブロードバンド忠実度で伝送し、ユーザーを復号システムに物理的に接続する必要がありません。従来のケーブルの代わりに、このシステムはわずか1.5オンス強の重さの2インチ送信機に依存しています。このユニットはユーザーの頭頂部に配置され、脳の運動皮質内にある電極アレイに接続します。これは、有線システムが使用するのと同じポートを通じて行われます。 この研究には、麻痺を持つ2名の臨床試験参加者が関わり、彼らは無線送信機を備えたBrainGateシステムを使用しました。無線送信機を通じて、彼らは標準的なタブレットコンピュータ上でポイント、クリック、タイピングを行うことができました。 この研究は、無線システムが有線システムと同等の忠実度で信号を伝送できることを実証しました。 ジョン・シミラルは、ブラウン大学の工学准教授です。彼はこの研究の筆頭著者であり、BrainGate研究コンソーシアムのメンバーです。 「我々は、この無線システムが、長年にわたりBCI性能のゴールドスタンダードであった有線システムと機能的に同等であることを実証しました」とシミラルは述べています。「信号は適切に類似した忠実度で記録および伝送されるため、有線機器で使用したのと同じ復号アルゴリズムを使用できます。唯一の違いは、人々がもはや我々の機器に物理的に接続される必要がなくなり、システムの使用方法に関して新たな可能性が開かれることです。」 研究者らによると、この新しい画期的進展は、負傷した個人に動きを取り戻す能力を提供できる完全埋め込み型皮質内システムに我々を近づけています。この新たな開発は、皮質内センサーによって記録された信号の全スペクトルを伝送する最初のデバイスです。

研究結果

この試験には、ともに脊髄損傷を患う35歳の男性と63歳の男性が参加しました。ケーブルがないため、彼らは研究室ではなく自宅でシステムを使用することができ、また最長24時間使用することもできました。この長時間にわたる使用により、研究者らは長時間のデータを収集することができました。 リー・ホックバーグは、ブラウン大学の工学教授であり、ブラウン大学のカーニー脳科学研究所の研究者です。ホックバーグはBrainGate臨床試験を主導しました。 「我々は、神経信号が時間とともにどのように進化するかを理解したいのです」とホックバーグは述べています。「このシステムにより、ほぼ不可能だった方法で、自宅で長期間にわたって脳活動を観察することができます。これは、麻痺を持つ人々のための、シームレスで直感的、かつ信頼性の高いコミュニケーションと移動能力の回復を提供する復号アルゴリズムの設計に役立つでしょう。」

BrainGateコンソーシアム

BrainGateコンソーシアムは、ブラウン大学、スタンフォード大学、ケース・ウェスタン・リザーブ大学の研究者からなる学際的なグループです。また、プロビデンス退役軍人医療センターおよびマサチューセッツ総合病院の個人も関わっています。 このチームは2012年に、臨床試験参加者が初めてBCIを使用して多次元ロボット義肢を操作できることを実証した研究を発表しました。それ以来、このグループはシステムを継続的に改良し、新たな画期的進展を達成してきました。 シャーリーン・フレッシャーは共著者であり、スタンフォード大学の元博士研究員です。フレッシャーは現在、Appleでハードウェアエンジニアとして働いています。 「皮質内BCIが、ワイヤーケーブルを必要とするものから、代わりに小型無線送信機を使用するものへと進化したことは、完全埋め込み型の高性能神経インターフェースの実用的使用に向けた大きな一歩です」とフレッシャーは述べています。「この分野が、支援デバイス制御の精度を保ちながら伝送帯域幅を削減する方向に向かう中、この研究は、実用的なBCI使用を含む長期間にわたって皮質信号の全幅を捕捉する数少ない研究の一つとなるかもしれません。」 BrainGateチームは、デバイスが無線であり技術者なしで自宅で使用できるため、COVID-19パンデミックを通じて作業を継続することができました。 ホックバーグはまた、マサチューセッツ総合病院の集中治療神経科医であり、退役軍人省神経回復・神経技術リハビリテーション研究開発センターの所長でもあります。 「2020年3月、我々が研究参加者の自宅を訪問できなくなることが明らかになりました」とホックバーグは述べています。「しかし、介護者に無線接続の確立方法を訓練することで、試験参加者は我々のチームメンバーが物理的にそこにいなくてもBCIを使用することができました。したがって、我々の研究を継続できただけでなく、この技術により、以前と同様の全帯域幅と忠実度で継続することができたのです。」 シミラルによると、「複数の企業が素晴らしくBCI分野に参入しており、一部はすでに、完全埋め込み型を含む低帯域幅無線システムの人間による使用を実証しています。この報告において、我々は将来のシステムの科学的・臨床的能力を向上させる高帯域幅無線システムを使用できたことを嬉しく思います。」